自動(dòng)換膜TSP采樣系統

　　由式(3)可知，采樣流量的控制與壓差值、大氣壓值及采樣溫度值相關(guān)，其中，壓差值通過(guò)采樣泵的運行產(chǎn)生，其轉速的快慢直接影響壓差值的大小。而采樣泵的轉速與其供電電壓相關(guān)，供電電壓越高，轉速越快。因此，調節系統的采樣流量需根據壓差傳感器的數值閉環(huán)調節采樣泵的供電電壓。采樣泵的供電電壓最大為AC220V，通過(guò)可控硅及其外接電路以調節PWM占空比的方式進(jìn)行電壓的調節。本系統采用斬控式交流調壓電路[2]，全控器件選擇雙向可控硅BTA16-600B，控制其導通和關(guān)閉的信號通過(guò)MOC3061輸入。為保證控制的精確度，需采集正弦交流電的過(guò)零點(diǎn)，用于給微控制器提供一個(gè)標準，從而在進(jìn)行斬控時(shí)，通過(guò)PWM調節可控硅的導通角以進(jìn)行電壓的調節。過(guò)零點(diǎn)檢測電路如圖4所示。

　　通過(guò)時(shí)基電路LM555比較GND與AC220V的單相正弦波電壓，當AC電壓接近0V時(shí)，LM555的OUT端以高電平輸出;當AC電壓高于0V時(shí)，OUT端以低電平輸出，OUT端通過(guò)反相器74HC04接至微控制器的中斷口上，當外部正弦波AC220V過(guò)零點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)下降沿觸發(fā)微控制器中斷響應，用以提供PWM脈寬調節的基點(diǎn)。由于市電的頻率為50Hz，因此，過(guò)零點(diǎn)的頻率為100Hz，則單個(gè)PWM的周期為10ms，以此調整其占空比即可進(jìn)行電壓調節。

2.4 軟件編制

　　本設計軟件用C語(yǔ)言編寫(xiě)，主要包括流量的閉環(huán)控制及采樣體積的計算。

　　濾膜機構切換定位過(guò)程采用串級階躍響應控制算法，將采樣完畢的濾膜機構定位控制的最終輸出作為當前采樣濾膜機構定位控制的給定值輸入，以此完成濾膜機構的切換和定位，實(shí)現定值7天的連續采樣。

3 機械設計

　　機械設計方面，主要是自動(dòng)換膜機構的設計。自動(dòng)換膜機構包括采樣頭、換膜轉盤(pán)、推力球軸承、軸承托盤(pán)、法蘭、轉盤(pán)電機、絲杠夾緊機構、可動(dòng)聯(lián)接環(huán)、固定聯(lián)接環(huán)、可伸縮PVC聯(lián)接器、限位、機箱和支架等機構。采樣頭位于換膜機箱的外部，是采樣氣體的入口;換膜轉盤(pán)設有七個(gè)濾膜安裝工位，且各個(gè)工位沿徑向均勻分布，上下各設有一層形狀和尺寸與換膜轉盤(pán)完全相同的橡膠密封墊;換膜轉盤(pán)底部設有七個(gè)限位撞塊，和限位開(kāi)關(guān)配合使用，用于轉盤(pán)精準定位;推力球軸承位于換膜轉盤(pán)和轉盤(pán)電機輸出軸之間，用于支撐換膜轉盤(pán)，使其在電機旋轉時(shí)保持平穩的運行狀態(tài);軸承托盤(pán)固定于轉盤(pán)電機上，用于支撐推力球軸承;法蘭一端與換膜轉盤(pán)連接，另外一端穿過(guò)推力球軸承與電機連接;轉盤(pán)電機垂直固定于機箱底部;絲杠夾緊機構安裝在換膜機箱側壁上，絲杠夾緊機構上下各設有一組滑塊，且兩組滑塊轉向相反，在每個(gè)滑塊上各設有一個(gè)卡箍，用于固定可動(dòng)聯(lián)接環(huán)，可動(dòng)聯(lián)接環(huán)通過(guò)可伸縮PVC連接器與固定聯(lián)接環(huán)相連，保證裝置的密封性和可移動(dòng)性。絲杠夾緊機構底部設有步進(jìn)電機，在步進(jìn)電機的驅動(dòng)下，兩組可動(dòng)聯(lián)接環(huán)在垂直方向做雙向往復運動(dòng)，通過(guò)上下兩層密封橡膠墊的共同作用，進(jìn)而實(shí)現濾膜機構的夾緊和密封功能。在滑塊的極限位置設有傳感器，可防止運行過(guò)程中損壞設備。

4 結論

　　本項目設計了分時(shí)控制自動(dòng)換膜系統。采集端圓形轉盤(pán)配合絲杠夾緊機構，通過(guò)步進(jìn)電機，實(shí)現七個(gè)采樣濾膜的精確定位和自動(dòng)切換，結合硬件電路和軟件算法控制，完成對大氣中的總懸浮顆粒物的采集，實(shí)現7×24小時(shí)連續采樣，為現有的工作人員提供便利的同時(shí)，節省人力和物力，提高工作效率。

　　參考文獻：

　　[1]HJ93-2013環(huán)境空氣顆粒物(PM10 和PM2.5)采樣器技術(shù)要求及檢測方法

　　[2]王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第6期第62頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。